UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Área Académica de Mecánica SILABO CIENCIA DE MATERIALES I (MC-114) 2007 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ÁREA ACADÉMICA DE MECÁNICA SÍLABO 1. DATOS ADMINISTRATIVOS ASIGNATURA CÓDIGO ESPECIALIDAD CRÉDITOS REQUISITO CONDICIÓN NIVEL ÁREA ACADÉMICA HORAS POR SEMANA PROFESOR : : : : : : : : : : CIENCIA DE LOS MATERIALES I MC 114 M3 04 MB 311 OBLIGATORIO 3° CICLO MECÁNICA 06 (TEORÍA 03, PRÁCTICA 03) ING. EDMUNDO GUTIÉRREZ JAVE ING. LUCIANO ZAMORA RAMOS ING. JORGE VERA ERMITAÑO ING. JOSÉ LUIS SOSA 2. OBJETIVO La Ciencia de Materiales tiene por objeto dar los conocimientos básicos acerca de la estructura interna, propiedades (mecánicas y físicas) y procesamiento de los materiales. Al finalizar cada unidad los alumnos serán capaces de: - Caracterizar propiedades físicas y mecánicas. - Procesos de obtención de materiales ferrosos. - Aplicar los tratamientos térmicos en forma adecuada. 3. SUMILLA Propiedades de los materiales. Ensayos. Mecanismos. Tipos de materiales y su clasificación. Ensayo de tracción. Estructura atómica. Defectos e imperfecciones en los sólidos. Estudio metalográfico de las aleaciones. Diagramas de equilibrio. Nociones de diagramas termaris. Obtención de fabricación de las aleaciones ferrosas. Difusión atómica. Aleaciones ferrosas. Tratamientos térmicos de las aleaciones ferrosas. Templabilidad. Tratamientos termoquímicos. Tratamientos térmicos especiales. 4. TEXTO WILLIAM SMITH. Ed. Mc. Graw Hill. Fundamentos de Ciencia de Ingeniería de Materiales GULIAEV A. P. Metalurgia Ed. MIR, Moscú. 5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS VAN VLACK LAWRENCIE. Metalurgia para Ingeniería Ed. CECSA, México, 1984. YURI M. LAJTIN. Metalografía y Tratamientos térmicos de los Metales Ed. Mir. Moscú, 1984. AVNER SYDNEY. Introducción a la Metalografía Física Ed. Mc. AGraw – Hill 1985. ZBIGNIEW D. JASTRZEBSKI. Naturaleza y Propiedades de los Materiales para Ingeniería Ed. Interamericana. PEDRO COCA REVOLLERO. CIENCIA DE LOS MATERIALES. Ed. Pirámide S.A. Madrid. WITOLD Brostow. Introducción a la Ciencia de los Materiales. Ed. Limusa S.A. STEPHEN W. TSAI. Diseño y Análisis de Materiales Compuestos. WILLIAM SMITH. Ed. Mc. Graw – Hill. Fundamentos de Ciencia de Ingeniería de Materiales. RONALD ASKELAND. La Ciencia de Ingeniería de los Materiales. PITER TORTON (Biblioteca FIM) WILLIAM D. CALLISTER. Ed. Reverte S.A. (Llomos), Ciencia e Ingeniería de Materiales. JAMES F. SHACKELFORD. Ciencia de Materiales para Ingenieros. 6. PROGRAMA ANALÍTICO PARTE TEÓRICA 1° SEMANA CAPÍTULO I: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Introducción. Tipos de materiales y su clasificación. Propiedades mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, químicas y ópticas. CAPÍTULO II: ENSAYOS MECÁNICOS Tipos de ensayos. Ensayos destructivos y no destructivos. Definición de dureza. Ensayo de micro dureza Knoop. 2° SEMANA ENSAYO DE TRACCIÓN: Generalidades. Diagramas F (Kg.0) vs. Alargamiento (AL, mm). Diagrama esfuerzo o tensión vs. Deformación unitaria. Parámetros que estudian la curva del ensayo de tracción. Extricción o reducción de área. Estudio de la curva en Ingeniería y curva real. Determinación del límite de fluencia y límite de fluencia convencional. Deformación lineal, planar y en tres direcciones (Poisson). Deformación térmica. Ductibilidad, maleabilidad, tenacidad y resistencia. Problemas de aplicación. 3° SEMANA CAPÍTULO III: ESTRUCTURA ATÓMICA Introducción. Fuerzas interatómicas entre los átomos. Enlace atómico. Tipos de enlace. Covalente iónico, metálico, Vader Waals. Tipos de estructura: Moleculares, cristalina y amorgas. Estructura cristalina. Tipos de Sistemas Cristalinos. Red Espacial. Sistema Cúbico. BCC, FCC y HCP. Direcciones y planos cristalográficos. Ángulos que forman dos rectas y ángulos que forman dos planos. Índices de Miller y distancia entre planos paralelos (para sistemas cúbicos). Densidad atómica volumétrica, planar y lineal. Difracciones rayos X Ley de Bragg. 4° SEMANA CAPÍTULO IV: DEFECTOS E IMPERFECCIONES EN LOS SÓLIDOS Introducción. Clasificación del defecto. Defectos puntiformes (de puntos). Defectos lineales. Fontera de grano o defecto planar. CAPÍTULO V: ESTUDIO METALOGRÁFICO DE LAS ALEACIONES Definiciones previas. Constitución de las aleaciones y clasificación de las aleaciones. Formación de soluciones sólidas y clasificación. Factores que controlan el intervalo de solubilidad en los sistemas de aleación. Diagramas térmicos (TT). Transformación de fase o equilibrio de fase y estabilidad de fases de equilibrio. Consideraciones termodinámica de proceso metalurgia a temperatura constante y presión variable, presión constante y temperatura variable. 5° SEMANA CAPÍTULO VI: DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO Introducción. Métodos experimentales para la construcción de los diagramas de equilibrio. Clasificación de Diagramas de equilibrio. Reglas para determinar la composición de las fases y para determinar las cantidades relativas de cada fase. Demostración de la regla de la palanca. Ley de GIBBS o de fases variables. Problemas de aplicación. Nociones de diagramas ternarios. CAPÍTULO VII: OBTENCIÓN Y FABRICACIÓN DE LAS ALEACIONES FERROSAS Generalidades. Materias primas y productos siderúrgicos. 6° SEMANA Horno alto. Características del Horno alto. Obtención del arrabio. Obtención de Aceros – Convertidores convencionales (aire). Hornos eléctricos por arco eléctrico y por inducción. Obtención en convertidores (L.D.) y Métodos especiales por procesos químicos y termoquímicos. CAPÍTULO VIII: DIFUSIÓN ATÓMICA Transporte de los materiales en los sólidos de ingeniería. Mecanismos de difusión. 7° SEMANA Análisis matemáticos de difusión. Difusión en estado estable primera ley de FICK y segunda ley de FICK en estado no uniforme. CAPÍTULO IX: ALEACIONES FERROSAS Hierro técnicamente puro, características. Curvas de enfriamiento del hierro técnicamente puro y estados alotrópicos y otras características. Aleaciones de hierro carbono y características. Composición química de los aceros y fundiciones. 8° SEMANA EXAMEN PARCIAL 9° SEMANA Diagrama de equilibrio hierro-carbono o Fe vs. CFe3 (meta-estable). Reacciones invariantes que se presentan en el diagrama. Transformación de la austenita al variar la velocidad de enfriamiento. Curvas de transformación isotérmica. Control de las propiedades de reacción. Transformación por difusión. 10° SEMANA CAPÍTULO X: TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LAS ALEACIONES FERROSAS. Introducción. Clases de tratamientos térmicos. Recocido y clases de recocidos. Precauciones que se debe tener en el tratamiento de recocido. Temple y factores que influyen en el temple y procesos del temple. Determinación del tiempo necesario para que toda la sección transversal de la pieza alcance la temperatura de temple. 11° SEMANA Posición de las piezas para temple. Influencia de la velocidad de enfriamiento en los puntos de transformación y su clasificación. Temple superficial (inducción y rayos láser). Revenido. 12° SEMANA CAPÍTULO XI: TEMPLABILIDAD Principios que respaldan la templabilidad. Métodos para determinar la templabilidad. Diámetros críticos. Ideal y Real. Determinación práctica de los diámetros críticos. 13° SEMANA CAPÍTULO XII: TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS Introducción y clases de tratamientos termoquímicos. Cementación. Factores que regulan el proceso. Aplicaciones. Nitruración. Influencia de los elementos de aleación. Ventajas y factores que limitan aplicación. Cianuración. Cianuración a baja y alta temperatura. Carbo nitruración. Sulfinización. 14° SEMANA CAPITULO XIV: TRATAMIENTOS TÉRMICOS ESPECIALES Fenómenos básicos. Endurecimientos por precipitación en aceros inoxidables. Procesos del tratamiento. Aplicaciones. Envejecimiento de la martensita. Aplicaciones. Tratamientos termomecánicos. Aplicaciones. 15° SEMANA CAPÍTULO XV: HIERROS UTILIZADOS EN INGENIERÍA Generalidades. Clases de hierros fundidos. Aplicaciones. 16° SEMANA EXAMEN FINAL PARTE PRÁCTICA 1° SEMANA Introducción. 2° SEMANA Ensayo de Dureza 3° SEMANA Ensayo de Tracción. 4° y 5° SEMANA Ensayos no destructivos. 6° SEMANA Evaluación 7°, 8° y 9° SEMANA Metalografía óptica 10°, 11° y 12° SEMANA Tratamientos térmicos 13° SEMANA Ensayo Jominy 7. SISTEMA DE EVALUACIÓN El curso se evalúa mediante el Sistema “F” UNI, 2007